專利名稱：汽輪機葉片菌型根部超聲成像檢測方法及相控陣換能裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超聲成像檢測方法及相控陣換能裝置，尤其涉及一種汽輪機葉片菌型根部超聲成像檢測方法及相控陣換能裝置。
背景技術：
目前，汽輪機轉(zhuǎn)子葉片作為重要的受監(jiān)金屬部件，除了承受巨大的交變應力和扭矩之外，還要承受高溫高速汽體的沖擊，葉片菌型根部是葉片與輪緣相連接的部分，為了保證在任何運行條件下葉片都能牢靠地固定在葉輪上，葉片菌型根部埋藏在葉輪內(nèi)部。若葉片菌型根部存在缺陷而不能及時發(fā)現(xiàn)，將會葉片在轉(zhuǎn)動過程中出現(xiàn)飛脫現(xiàn)象，造成嚴重的生產(chǎn)事故。因此，對葉片菌型根部進行預防性檢查是消除設備隱患、確保機組安全運行的重要手段。葉片菌型根部在超超臨界發(fā)電機組中大量應用，以某600麗發(fā)電機組汽輪機為例，其高壓轉(zhuǎn)子二級動葉片、中壓轉(zhuǎn)子末三級動葉片和低壓轉(zhuǎn)子前五級動葉片均為葉片菌型根部。葉片菌型根部的形狀如圖1所示，其中，Dl為75mm，D2為45. 5mm, D3為17mm，D4為25mm，D5為33. 5mm，夾角A為24. 8°。葉片菌型根部結(jié)構(gòu)復雜，應力集中部位較多，缺陷多存在于菌型齒弧面部位。目前的現(xiàn)有技術中，對葉片菌型根部檢測多采用常規(guī)超聲檢測，常規(guī)超聲檢測主要采用縱波、橫波的一次脈沖反射法，僅能檢測到葉片菌型根部第一齒弧面位置，其余部分幾乎全部處于失檢狀態(tài)。并且，檢測過程中存在干擾因素多的缺點，對檢測人員要求很高，檢測準確性不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種汽輪機葉片菌型根部超聲成像檢測方法及相控陣換能裝置，具有良好的聲束可達性，能夠?qū)碗s幾何形狀的葉片菌型根部進行全面準確地成像檢查。本發(fā)明采用下述技術方案一種汽輪機葉片菌型根部超聲成像檢測方法，包括以下步驟A :選用具備成像功能的相控陣檢測儀與相控陣換能器連接，所述的相控陣換能器中心頻率為5MHz-10MHz，陣元數(shù)目為16-32個，陣元間距為O.陣元長度為8mm-10mm，由矩形壓電陶瓷晶片構(gòu)成的陣元以線性形式在平行于換能器基體寬度方向布局，嵌于相控陣換能器基體內(nèi)，偏轉(zhuǎn)角范圍為15° -75。；B :在葉片菌型根部進汽側(cè)肩臺與出汽側(cè)肩臺部位刷涂耦合劑；C :將相控陣換能器固定在第一楔塊上，在葉片菌型根部進汽側(cè)肩臺和出汽側(cè)肩臺對葉片菌型根部進行扇形掃查，以葉片菌型根部的第一槽前側(cè)圓弧面、第一齒后側(cè)圓弧面和第二槽前側(cè)圓弧面的反射回波為特征回波進行定位，所述的第一楔塊底部前切割角為24.8° ;將相控陣換能器固定在第二楔塊上，在葉片菌型根部出汽側(cè)肩臺和出汽側(cè)肩臺對葉片菌型根部進行扇形掃查，以葉片菌型根部的第三槽前弧面、第三齒端面和葉片菌型根部端面的反射回波為特征回波進行定位，所述的第二楔塊底部后切割角為24.8°，所述的第一楔塊和第二楔塊采用有機玻璃或聚丙乙烯制成，內(nèi)部聲速為2337m/s ；D :利用相控陣換能器將采集到的反射聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號，送入相控陣檢測儀保存成像，并判讀缺陷信息；E:對受檢葉片菌型根部進行質(zhì)量評定并記錄。所述的C步驟中，按照預設的順序依次激發(fā)陣元晶片，形成扇形掃查，扇形掃查起始角度為15° -45°，終止角度為60° -75。。所述的C步驟中，扇形掃查時，扇形掃查起始角度為30°，終止角度為70°。所述的D步驟中，利用相控陣換能器將采集到的反射聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號，送入相控陣檢測儀保存成像，調(diào)取葉片菌型根部工件輪廓圖，調(diào)節(jié)工件圖形尺寸，使工件圖形相應位置對應至反射波位置，反射波即可視為實際反射，同時調(diào)整第一齒弧面反射波高至滿屏80%，掃差靈敏度為基準反射波增益10dB，通過最終生產(chǎn)的圖像判讀缺陷信息。所述的第一楔塊和第二楔塊順聲束方向設置有消聲橡膠，消聲橡膠以鋸齒方式與第一楔塊和第二楔塊本體結(jié)合，第一楔塊和第二楔塊通過螺紋孔與換能器螺栓連接。所述的相控陣檢測儀工作頻率范圍為IMHz-lOMHz，水平線性誤差不大于2%，垂直線性誤差不大于8%。所述的相控陣換能器為倒T形，長28mm,寬15mm,高24mm。一種相控陣換能裝置，包括相控陣換能器和楔塊，所述的相控陣換能器中心頻率為5MHz-10MHz，陣元數(shù)目為16-32個，陣元間距為O.陣元長度為8mm-10mm，由矩形壓電陶瓷晶片構(gòu)成的陣元以線性形式在平行于換能器基體寬度方向布局，嵌于相控陣換能器基體內(nèi)，偏轉(zhuǎn)角范圍為15° -75。，所述的楔塊包括底部前切割角為24.8°的第一楔塊和底部后切割角為24. 8°的第二楔塊，第一楔塊和第二楔塊采用有機玻璃或聚丙乙烯制成，內(nèi)部聲速為2337m/s。所述的第一楔塊和第二楔塊順聲束方向設置有消聲橡膠，消聲橡膠以鋸齒方式與第一楔塊和第二楔塊結(jié)合，第一楔塊和第二楔塊通過螺紋孔與換能器螺栓連接。所述的相控陣換能器為倒T形,長28mm,寬15mm,高24mm。本發(fā)明采用的超聲相控陣檢測方法及換能器具有良好的聲束可達性，通過使用楔塊改變超聲發(fā)射聲束，使該聲束能入葉片菌型根部內(nèi)部覆蓋所有重點檢測部位能對復雜幾何形狀的工件進行全面成像檢查，在不移動或少移動探頭的情況下，優(yōu)化控制焦點尺寸，焦區(qū)深度和聲束方向，在檢測速度，范圍，分辨率，信噪比和靈敏度等方面均得到提高，并且成像直觀，缺陷反射回波可迅速準確定位。


圖1為葉片菌型根部的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所述相控陣換能器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3、圖4為本發(fā)明所述第一楔塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5、圖6為本發(fā)明所述第二楔塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為相控陣換能器配合第一楔塊時聲束覆蓋模擬效果圖；圖8為相控陣換能器配合第二楔塊時聲束覆蓋模擬效果圖。
具體實施例方式本發(fā)明所述的汽輪機葉片菌型根部3超聲成像檢測方法包括以下步驟第一步選用具備成像功能的相控陣檢測儀與相控陣換能器I連接，所述的相控陣檢測儀工作頻率范圍為IMHz-lOMHz，水平線性誤差不大于2%，垂直線性誤差不大于8% ；所述的相控陣換能器I為倒T形，長28mm，寬15mm，高24mm，相控陣換能器I的中心頻率為5MHz-10MHz,陣元數(shù)目為16-32個，陣元間距為O.陣元長度為8_-10_，由矩形壓電陶瓷晶片構(gòu)成的陣元以線性形式在平行于換能器基體寬度方向布局，嵌于相控陣換能器I基體內(nèi)，偏轉(zhuǎn)角范圍為15° -75。。第二步在葉片菌型根部3進汽側(cè)肩臺與出汽側(cè)肩臺部位刷涂耦合劑。第三步將相控陣換能器I通過螺紋孔與第一楔塊2固定，按照預設的順序依次激發(fā)陣元晶片，在葉片菌型根部3進汽側(cè)肩臺和出汽側(cè)肩臺對葉片菌型根部3進行扇形掃查，扇形掃查起始角度為15° -45°，終止角度為60° -75。，最佳角度為起始角度30°，終止角度70° ;掃查時，以葉片菌型根部3的第一槽前側(cè)圓弧面、第一齒后側(cè)圓弧面和第二槽前側(cè)圓弧面的反射回波為特征回波進行定位；將相控陣換能器I通過螺紋孔與第二楔塊4固定，按照預設的順序依次激發(fā)陣元晶片，在葉片菌型根部3進汽側(cè)肩臺和出汽側(cè)肩臺對葉片菌型根部3進行扇形掃查，扇形掃查起始角度為15° -45°，終止角度為60° -75。，最佳角度為起始角度30°，終止角度70° ;掃查時，以葉片菌型根部3的第三槽前弧面、第三齒端面和葉片菌型根部3端面的反射回波為特征回波進行定位。所示的第一楔塊2和第二楔塊4上設置有與換能器連接的螺紋孔，第一楔塊2底部前切割角為24. 8°，第二楔塊4底部后切割角為24.8°，第一楔塊2和第二楔塊4采用有機玻璃或聚丙乙烯制成，內(nèi)部聲速為2337m/s ;第一楔塊2和第二楔塊4順聲束方向設置有消聲橡膠，消聲橡膠以鋸齒方式與第一楔塊2和第二楔塊4本體結(jié)合。第四步利用相控陣換能器I將采集到的反射聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號，送入相控陣檢測儀保存成像，調(diào)取葉片菌型根部3工件輪廓圖，調(diào)節(jié)工件圖形尺寸，使工件圖形相應位置對應至反射波位置，反射波即可視為實際反射，同時調(diào)整第一齒弧面反射波高至滿屏80%，掃差靈敏度為基準反射波增益10dB，通過最終生產(chǎn)的圖像判讀缺陷信息。第五步對受檢葉片菌型根部3進行質(zhì)量評定并記錄。本發(fā)明所述的相控陣換能裝置，包括相控陣換能器I和楔塊，所述的相控陣換能器I為倒T形，長28mm，寬15mm，高24mm ;相控陣換能器I中心頻率為5MHz-10MHz，陣元數(shù)目為16-32個，陣元間距為O.陣元長度為8mm-10mm，由矩形壓電陶瓷晶片構(gòu)成的陣兀以線性形式在平行于換能器基體寬度方向布局，嵌于相控陣換能器I基體內(nèi)，偏轉(zhuǎn)角范圍為15° -75。，所述的楔塊包括底部前切割角為24.8°的第一楔塊2和底部后切割角為24. 8°的第二楔塊4，第一楔塊2和第二楔塊4采用有機玻璃或聚丙乙烯制成，內(nèi)部聲速為2337m/s。第一楔塊2和第二楔塊4順聲束方向設置有用于吸收界面反射聲波、減小回波干擾的消聲橡膠，消聲橡膠以鋸齒方式與第一楔塊2和第二楔塊4結(jié)合,第一楔塊2和第二楔塊4通過螺紋孔與換能器螺栓連接?，F(xiàn)有的相控陣換能器I使用時，聲場分布除了主瓣外還會出現(xiàn)副瓣和較高的旁瓣。柵瓣是產(chǎn)生偽像的主要原因之一，但旁瓣的出現(xiàn)會降低主瓣的能量和系統(tǒng)的對比度分辨力，同時也可能會造成偽像。由于系統(tǒng)的橫向分辨力主要取決于主瓣的寬度，所以減少主瓣寬度即可提高系統(tǒng)的橫向分辨力，綜上所述，本發(fā)明所述相控陣換能器I的設計主要原則即為最優(yōu)化波束指向性，抑制旁瓣，消除柵瓣。換能器涉及的主要參數(shù)為陣元數(shù)量為N，陣元中心間距為d，陣元寬度為α，中心波長為入。為更好描述波束指向性起見，引入一個參數(shù)Π，其定義為方向銳角與η的比值，公式如下
權(quán)利要求
1.一種汽輪機葉片菌型根部超聲成像檢測方法，其特征在于包括以下步驟 A :選用具備成像功能的相控陣檢測儀與相控陣換能器連接，所述的相控陣換能器中心頻率為5MHz-10MHz，陣元數(shù)目為16-32個，陣元間距為O.陣元長度為8_-10_，由矩形壓電陶瓷晶片構(gòu)成的陣元以線性形式在平行于換能器基體寬度方向布局，嵌于相控陣換能器基體內(nèi)，偏轉(zhuǎn)角范圍為15° -75。； B :在葉片菌型根部進汽側(cè)肩臺與出汽側(cè)肩臺部位刷涂耦合劑； C :將相控陣換能器固定在第一楔塊上，在葉片菌型根部進汽側(cè)肩臺和出汽側(cè)肩臺對葉片菌型根部進行扇形掃查，以葉片菌型根部的第一槽前側(cè)圓弧面、第一齒后側(cè)圓弧面和第二槽前側(cè)圓弧面的反射回波為特征回波進行定位，所述的第一楔塊底部前切割角為24.8° ;將相控陣換能器固定在第二楔塊上，在葉片菌型根部出汽側(cè)肩臺和出汽側(cè)肩臺對葉片菌型根部進行扇形掃查，以葉片菌型根部的第三槽前弧面、第三齒端面和葉片菌型根部端面的反射回波為特征回波進行定位，所述的第二楔塊底部后切割角為24.8°，所述的第一楔塊和第二楔塊采用有機玻璃或聚丙乙烯制成，內(nèi)部聲速為2337m/s ； D :利用相控陣換能器將采集到的反射聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號，送入相控陣檢測儀保存成像，并判讀缺陷信息； E:對受檢葉片菌型根部進行質(zhì)量評定并記錄。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機葉片菌型根部超聲成像檢測方法，其特征在于所述的C步驟中，按照預設的順序依次激發(fā)陣元晶片，形成扇形掃查，扇形掃查起始角度為15° -45°，終止角度為 60° -75°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的汽輪機葉片菌型根部超聲成像檢測方法，其特征在于所述的C步驟中，扇形掃查時，扇形掃查起始角度為30°，終止角度為70°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽輪機葉片菌型根部超聲成像檢測方法，其特征在于所述的D步驟中，利用相控陣換能器將采集到的反射聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號，送入相控陣檢測儀保存成像，調(diào)取葉片菌型根部工件輪廓圖，調(diào)節(jié)工件圖形尺寸，使工件圖形相應位置對應至反射波位置，反射波即可視為實際反射，同時調(diào)整第一齒弧面反射波高至滿屏80%，掃差靈敏度為基準反射波增益10dB，通過最終生產(chǎn)的圖像判讀缺陷信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的汽輪機葉片菌型根部超聲成像檢測方法，其特征在于所述的第一楔塊和第二楔塊順聲束方向設置有消聲橡膠，消聲橡膠以鋸齒方式與第一楔塊和第二楔塊本體結(jié)合，第一楔塊和第二楔塊通過螺紋孔與換能器螺栓連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的汽輪機葉片菌型根部超聲成像檢測方法，其特征在于所述的相控陣檢測儀工作頻率范圍為IMHz-lOMHz，水平線性誤差不大于2%，垂直線性誤差不大于8%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的汽輪機葉片菌型根部超聲成像檢測方法，其特征在于所述的相控陣換能器為倒T形,長28mm,寬15mm,高24mm。
8.一種相控陣換能裝置，包括相控陣換能器和楔塊，其特征在于所述的相控陣換能器中心頻率為5MHz-10MHz，陣元數(shù)目為16-32個，陣元間距為O.陣元長度為8mm-10mm，由矩形壓電陶瓷晶片構(gòu)成的陣元以線性形式在平行于換能器基體寬度方向布局，嵌于相控陣換能器基體內(nèi)，偏轉(zhuǎn)角范圍為15° -75。，所述的楔塊包括底部前切割角為24.8°的第一楔塊和底部后切割角為24. 8°的第二楔塊，第一楔塊和第二楔塊采用有機玻璃或聚丙乙烯制成，內(nèi)部聲速為2337m/s。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的相控陣換能裝置，其特征在于所述的第一楔塊和第二楔塊順聲束方向設置有消聲橡膠，消聲橡膠以鋸齒方式與第一楔塊和第二楔塊結(jié)合，第一楔塊和第二楔塊通過螺紋孔與換能器螺栓連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的相控陣換能裝置，其特征在于所述的相控陣換能器為倒T形，長28臟，寬15臟，高24臟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種汽輪機葉片菌型根部超聲成像檢測方法和一種相控陣換能裝置，本發(fā)明采用的超聲相控陣檢測方法及換能器具有良好的聲束可達性，通過使用楔塊改變超聲發(fā)射聲束，使該聲束能入葉片菌型根部內(nèi)部覆蓋所有重點檢測部位能對復雜幾何形狀的工件進行全面成像檢查，在不移動或少移動探頭的情況下，優(yōu)化控制焦點尺寸，焦區(qū)深度和聲束方向，在檢測速度，范圍，分辨率，信噪比和靈敏度等方面均得到提高，并且成像直觀，缺陷反射回波可迅速準確定位。
文檔編號G01N29/06GK103018334SQ20131000776
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月9日
發(fā)明者楊旭, 汪毅, 李世濤 申請人:河南省電力公司電力科學研究院, 國家電網(wǎng)公司